Dank eines Tiefkühl-Mikroskops konnten Forscher erstmals das «Tor» zum Zellkern detailliert abbilden. Dabei haben sie sogar das «Schloss» gefunden. Diese Transportkanäle spielen bei bestimmten Krebsarten und Virenerkrankungen eine Rolle.
Das Team um Ohad Medalia von der Universität Zürich (UZH) hat Eizellen des Krallenfrosches mit modernen Kryo-Elektronenmikroskopen untersucht. Dazu werden die Präparate innerhalb von Sekundenbruchteilen auf Temperaturen bis zu minus 260 Grad Celsius schockgefroren. So bleiben komplexe Proteinstrukturen erhalten.
Zu den grössten und kompliziertesten Strukturen gehören die Poren zum Zellkern, in dem die Erbinformation enthalten ist und für die Zellteilung vervielfältigt wird. Diese nur ein Zehntausendstel Millimeter grossen Transportschleusen bestehen aus mehr als 200 einzelnen Proteinen, die in einer ringförmigen Architektur angeordnet sind.
Die rund 3000 bis 5000 Poren am Zellkern befördern pro Minute mehr als eine Million Moleküle in den Kern oder hinaus ins Plasma. Dazu haben sie im Inneren einen Transportkanal, durch den kleine Moleküle ungehindert hindurchschweben können, während grosse Moleküle bestimmte Kriterien erfüllen müssen, um transportiert zu werden.
Nur mit passendem Schlüssel
Dank der deutlich höheren Auflösung der Aufnahmen konnte Medalias Team neue Details aufdecken: «Wir haben eine bis heute unbeachtete Struktur im Innern der Kernpore entdeckt, die eine Art molekulares Tor bildet», erklärte Medalia in einer Mitteilung der UZH. «Es kann nur von Molekülen geöffnet werden, die den passenden Schlüssel besitzen.»
Das «molekulare Tor» besteht aus einem feinmaschigen Gitter, durch das kleine Moleküle ungehindert durchschlüpfen können. Dank dieser neuen, hochauflösenden Darstellung der Kernporen lasse sich besser verstehen, warum bestimmte Moleküle die Kernporen passieren dürfen, während andere abgewiesen werden, erklärte der Biochemiker.
Sie helfe auch, die Entstehung von manchen Krankheiten besser zu verstehen, bei denen ein fehlerhafter Transport an den Kernporen eine Rolle spielt – beispielsweise bei Krebsarten des Darms, der Eierstöcke und der Schilddrüse oder Leukämie. Aber auch bestimmte Viren verschaffen sich durch die Kernporen Zutritt zum Zellkern.